تفسير ظهور الخطوط الطيفية للهيدروجين

يمكن تفسير ظهور الخطوط في طيف الهيدروجين على اساس افتراض أن الإلكترونات في دورانها حول النواة تتوزع في مستويات من الطاقة يمكن تمثيلها بما يشبه الطوابق كما في الشكل التالي:

فإذا قفز الإلكترون من طابق أعلى إلى طابق أسفل (كما هو ممثل بالكرتين الخضراء) فإن العملية ستكون انبعاث للطاقة حيث أن طاقة كل مستوى (طابق) تزيد كما ارتفعنا، أي أن المستويات الأقل طاقة هي الأقرب للنواة.

وإذا قفز الإلكترون من طابق أسفل إلى طابق أعلى (كما هو ممثل بالكرتين الحمراء) فإن العملية ستكون امتصاص للطاقة، أي عملية تتطلب اضافة طاقة للذرة

والخطوط التي تنتج من جهاز المطياف الموضح سابقا هي خطوط انبعاث للطاقة، و هي تمثل عملية انتقال الإلكترون من المستويات الأعلى في الطاقة حتى تصل إلى المستوى الأقل طاقة.

يمثل الشكل التالي تمثيل تخطيطي لعملية تكون خط الانبعاث الطيفي حيث تنزل الإلكترون من المستوى الثالث إلى المستوى الثالث مطلقا طاقة ضوئية تظهر على هيئة خط طيفي.

إن الدراسة المستفيضة والتي قامت على أسس معالجات رياضية مقعدة لتفسير المشاهدات التجربية التي ظهرت من دراسات طيف الهيدروجين دلت على أن ذرة الهيدروجين تتكون من سبع مستويات طاقة، يشغل الإلكترون الوحيد في ذرة الهيدروجين المستوى الأقل طاقة وهو المسمى بالمستوى الأرضي. هذا في الذرة عندما تكون في حالتها المستقرة ولكنها حين تثار باكتساب كميات محمدة من الطاقة فإن هذا الإلكترون يمكن أن ينتقل إلى المستويات الأعلى حسب مقدار ما يكتسب من طاقة. وحين يعود إلى حالة الاستقرار فإن الطاقة المنبعثة منه تظهر على هيئة الخطوط التي تظهر في الطيف.

ومن الجدير بالذكر أن الخطوط الطيفية التي تظهر لذرة الهيدروجين أعقد كثيرا من مجرد الخطوط الأربعة الظاهرة في المنطقة المرئية فالعديد من الخطوط تظهر في المناطق فوق البنفسجية و تحت الحمراء من الطاقة.